一种基于温控基板的控制激光熔化沉积增材制造应力变形的分段扫描路径生成方法
知识产权简介
一种降低增材制造残余应力的方法
转化前景
以激光为能量源的增材制造技术，是利用高能量激光束直接作用在金属粉末上使粉末熔化凝固成形，可以直接成形高熔点、形状复杂或异质材料功能梯度零件，其成形过程是按照零件几何形状，利用金属粉末逐层逐道累积成形零件的。其独特的金属零件加工特点使其得到了迅速发展。一方面，金属零件经历周期性急冷急热、熔化、凝固和固体相变，材料空间和时间上的不均匀膨胀和收缩导致成形件和基板复杂的热应力和变形，可能致使成形件和基板开裂或大变形。另一方面，金属增材制造过程中，因为基板的温度直接影响成形件的熔池的铺展和凝固，所以需要进行层间温度控制，传统层间控温为自然冷却，等待时间过长，将降低增材制造效率。 现阶段，针对该问题提出了很多解决方法，其中优化扫描策略，采用岛式扫描方式是目前普遍采用的一种方法，该方法可有效降低零件加工过程中的温度梯度，对于平衡零 件表面及内部热应力和减小应力变形有重要作用。但是采用岛式扫描方式，其分区策略与区域扫描顺序均于加工前在软件内部随机自动生成，不能基于零件自身温度进行智能选区调节，只能在一定程度上缓解零件小区域过冷和过热问题，缺乏对零件整体温度的控制。因此还需为增材制造技术开发基板及成形件温度控制的辅助手段，改善加工过程的温度场分布，平缓剧烈变化的温度梯度，从而抑制基板及成形件残余应力和变形。为了实现高效准确的基板温度调控，需要对基板和成形件进行高效准确的主动温度调控。传统的基板温度调控方法均为单一的预热和冷却，不能灵活调控基板温度，或采用传统的电阻加热进行基板预热，具有热损失大、环境温度恶劣、使用寿命短等缺点，或未考虑热传递的时效性，不能准确调控基板温度。 经过对现有技术的文献检索发现，公开号为CN107159889A的中国专利，提出激光增材制造中制件温度分区测量与控制方法，对激光增材制造中的零件温度进行分区测量，并通过在线指定激光扫描区域的方式对零件整体温度进行控制，可有效减小零件表面温度梯度和平衡应力分布，减小变形程度和开裂可能性。然而该方法无法基于零件自身温度对基板和零件进行高效准确的主动温度调控。 因此，亟需提出一种能够控制激光熔化沉积增材制造应力变形的扫描路径生成方法。 可有效降低残余应力，应用于焊接，增材制造领域